高密度3次元実装技術による超高速電子システム構築手法の研究

利用高密度3D封装技术的超高速电子系统构建方法研究

• 批准号: 05F05617
• 负责人: 青柳 昌宏
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05617/
• 关键词: 3次元積層パッケージ; インターポーザ; 分布定数線路構造; 電磁界解析シミュレータ; モーメント法; 誘電特性; ベクトルネットワークアナライザ; ストリップライン構造; Momentum法

コンピュータ等に使用されるCPUのLSIチップはムーアの法則に従って集積度が増大し、その動作周波数はGHzレンジに達している。しかし、その動作周波数に対するコンピュータ等電子機器の体感スピードの増加は徐々に少なくなってきている。これはLSI動作速度の増大に対して、LSIチップ間の接続やLSIパッケージなどのシステム全体の動作周波数が100MHz程度であることから、その動作速度の向上が著しく遅れているためである。その動作速度の向上を妨げる原因として、LSIチップ間接続およびLSIパッケージの配線長や配線遅延の増加や、高周波伝送による損失が原因となっている。そこで本研究では、システム速度向上のために、配線長の縮小のためのミクロンサイズの配線構造を、配線遅延の減少のための低誘電率な絶縁膜材料を、高周波伝送による損失低減のための伝送配線構造を用いたLSIチップ間接続及びLSIパッケージ用接続基板(インターポーザ)を用いて、LSIチップを3次元的に密に積層接続し、非常に短い距離でチップ間を電気接続することで、従来に比べて高速・高周波で動作可能な超高速電子システム技術の開発を行った。はじめに、このインターポーザの設計において、10Gbpsの超高速デジタル信号伝送のための配線構造設計手法の確立を目指し、従来の配線構造とは異なるミクロンサイズの分布定数線路構造を、電磁界解析手法のひとつである、モーメント法による電磁界解析シミュレータを用いて設計を行った。多層微細配線インターポーザ内の伝送線路について、10Gbpレベルの高速信号伝送を可能とする線路設計の最適化を行い、その設計に基づいて試作した多層微細配線インターポーザにより、最大13.5Gbps高速信号伝送の実証に成功した。またさらに、伝送線路の設計において重要なパラメータである絶縁材料の誘電特性を線路形成に使われる薄膜状態で測定評価できる手法の開発を行った。シリコン基板上に測定対象の薄膜絶縁材料を挟み込んだ微小なコンデンサを形成し、その誘電特性をマイクロ波ベクトルネットワークアナライザで複素インピーダンスを測定評価し、その値を用いて電磁界シミュレーションにより、未知の誘電特性を求めるものである。微小コンデンサのインピーダンス計算に縁端効果を考慮することで、精密なコンデンサの特性評価が可能となり、従来測定が困難であった低誘電率特性を有する絶縁材料のマイクロ波周波数領域(最高30GHzまで)の誘電特性について、精密な測定評価が可能となることが分かった。

コ ン ピ ュ ー タ に use さ れ る CPU の LSI チ ッ プ は ム ー ア の law に 従 っ て set product が raised large し, そ の action cycle for は GHz レ ン ジ に da し て い る. し か し, そ の action cycle for に す seaborne る コ ン ピ ュ ー タ electronic machines such as の somatosensory ス ピ ー ド の raised は requirement by xu 々 に less な く な っ て き て い る. こ れ は LSI movement speed の raised large に し seaborne て, LSI チ ッ プ の connect between 続 や LSI パ ッ ケ ー ジ な ど の シ ス テ ム all の action cycle for が degree of 100 MHZ で あ る こ と か ら, そ の の movement speed up が the し く 遅 れ て い る た め で あ る. そ の upward movement speed の を hinder げ る reason と し て, LSI チ ッ プ indirect 続 お よ び LSI パ ッ ケ ー ジ の wiring や wiring 遅 long delay の rights with や, high frequency 伝 send に よ る loss が reason と な っ て い る. そ こ で this study で は, シ ス テ ム speed up の た め に, wiring long narrow の の た め の ミ ク ロ ン サ イ ズ の wiring structure を, wiring 遅 delay の reduce の た め の low rate of induced electric な を never try membrane materials, high frequency 伝 send に よ る low loss reduction の た め の 伝 send wiring for を い た LSI チ ッ プ 続 and indirect び LSI パ ッ ケ ー ジ meet 続 substrate ( イ ン タ ー ポ ー ザ) を い て, LSI チ ッ プ を 3rd dimensional に dense に horizon after 続 し, very short に い distance で チ ッ プ を electricity 気 meet 続 す る こ と で, 従 に than べ て high speed, high frequency で action may な ultra-high speed シ ス テ ム technology の open 発 を line っ た. は じ め に, こ の イ ン タ ー ポ ー ザ の design に お い て, 10 GBPS の ultra-high-speed デ ジ タ ル signal 伝 send の た め の wiring structure design gimmick の establish を refers し, 従 to の wiring と は different な る ミ ク ロ ン サ イ ズ の を destiny circuit structure, the electromagnetic field analytical technique の ひ と つ で あ る, モ ー メ ン ト method に よ る analytical シ electromagnetic field Youdaoplaceholder0 ュレ タを design を lines った with て て. Multilayer micro wiring イ ン タ ー ポ ー ザ within の 伝 send line に つ い て, 10 GBP レ ベ ル の high-speed signal 伝 may send を と す る circuit design の optimization を い, そ の design に base づ い て attempt し た multilayer micro wiring イ ン タ ー ポ ー ザ に よ り, maximum 13.5 Gbps high-speed signal 伝 send の card be に successful し た. ま た さ ら に, の 伝 send line design に お い て important な パ ラ メ ー タ で あ る never try material の induced electrical characteristics を lines form に make わ れ る filminess で measurement evaluation 価 で き る gimmick の open 発 を line っ た. シ リ コ ン substrate に determination as seaborne の film never try material を carry み 込 ん だ tiny な コ ン デ ン サ を し, そ の induced electrical characteristics を マ イ ク ロ wave ベ ク ト ル ネ ッ ト ワ ー ク ア ナ ラ イ ザ で complex element イ ン ピ ー ダ ン ス を measurement evaluation 価 し, そ の numerical を with い て electromagnetic field シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り, unknown の induced electrical characteristics を o め る も の で あ る . Tiny コ ン デ ン サ の イ ン ピ ー ダ ン ス computing に try end sharper fruit を consider す る こ と で, precision な コ ン デ ン サ の characteristics evaluation 価 が may と な り, difficulty to determine が 従 で あ っ た low rate of induced electric characteristics を have す る never try material の マ イ ク ロ wave cycle for field (maximum 30 GHZ ま で) の induced electrical characteristics に つ い て, determination of precision な review 価 が may と な Youdaoplaceholder0 る とが points とが った.

项目成果

Extracting Method of High-Frequency Dielectric Characteristics for Low-k Material Using Micro Thin Film Capacitor

利用微型薄膜电容器提取Low-k材料高频介电特性的方法

• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• 作者: Jun So Pak;Katsuya Kikuchi;Hirotaka Oosato;Hiroshi Nakagawa;Masahiro Aoyagi
• 通讯作者: Masahiro Aoyagi

Band-Stop Filter Effect of Power/Ground Plane on Through-Hole Signal Via in Multilayer PCB

多层 PCB 中电源/接地平面对通孔信号过孔的带阻滤波器效应

• 发表时间: 2006
• 期刊: IEICE Transactions of Electronics Vol.E89C No.4
• 作者: Jun So Pak;Masahiro Aoyagi;Katsuya Kikuchi;Joungho Kim
• 通讯作者: Joungho Kim